Een aspect van bacteriële activiteit is de productie van zogenaamde extracellulaire membraanvesicles (MV's):biologische 'pakketten' verpakt in een lipide-dubbellaags membraan, met bijvoorbeeld genetisch materiaal. Naast het hebben van specifieke biologische functies, MV's worden steeds vaker gebruikt in nanobiotechnologische toepassingen, inclusief medicijnafgifte en enzymtransport. Om de processen met betrekking tot MV's beter te begrijpen, een volledig begrip van hun fysieke eigenschappen is essentieel. Vooral, de mate van heterogeniteit van blaasjes die door één enkel type bacterie worden afgegeven, is een belangrijk punt. Nutsvoorzieningen, Azuma Taoka van de Universiteit van Kanazawa, Nobuhiko Nomura van Tsukuba University en collega's hebben deze vraag beantwoord, en demonstreren een voorheen niet-herkende fysieke heterogeniteit in de membraanblaasjes van vier soorten bacteriën.

De onderzoekers pasten phase imaging atomic force microscopy (AFM) toe om de fysische eigenschappen van MV's geproduceerd door E coli, P. aeruginosa, P. denitrificans en B. subtilis . In fasebeeldvorming AFM, een monster wordt 'getapt' met een oscillerende cantilevertip van nanoformaat; de waargenomen vertraging in de oscillatie van de tip in vergelijking met vrije oscillatie geeft een maat voor de energiedissipatie als gevolg van de interactie met het monsteroppervlak. Deze dissipatie, beurtelings, is gerelateerd aan de fysieke eigenschappen van het oppervlak, inclusief hechting, elasticiteit en wrijving, waarvan variaties te wijten zijn aan samenstellingsverschillen.

Taoka, Nomura en collega's namen fasebeelden op van veel MV's, en kleurgecodeerd de MV's op een schaal variërend van "niet-klevend/hard" (lage hechting, elasticiteit en/of wrijving) tot "klevend/zacht" (hoge hechting, elasticiteit en/of wrijving). Door deze kaarten te analyseren, de wetenschappers ontdekten een grote diversiteit aan fysische eigenschappen van MV's. Ze controleerden of de kaarten veranderden tijdens de beeldvorming; de fysieke eigenschappen waren stabiel in de tijd, dus de diversiteit kan worden geconcludeerd als een intrinsiek kenmerk van MV's.

De onderzoekers ontdekten dat de fysieke heterogeniteit wordt veroorzaakt door biologische factoren, aangezien MV-grootte en faseverschuivingen niet gecorreleerd zijn. Verder, ze merkten op dat verschillende soorten bacteriën MV's vormen met verschillende fysieke eigendomsverdelingen. Eindelijk, de wetenschappers voerden aan dat de waargenomen hoge heterogeniteit weerspiegelt dat de chemische samenstelling van de MV's heterogeen is.

Het werk van Taoka, Nomura en collega's presenteren niet alleen belangrijke inzichten in de eigenschappen van MV's die door verschillende bacteriën worden geproduceerd, maar toont ook de kracht van faseverschuiving AFM als een hulpmiddel voor biologische blaasjes. De onderzoekers citeren:"Er wordt verwacht dat het gebruik van deze geavanceerde technieken voor fysieke kartering op nanoschaal zal bijdragen aan het verstrekken van meer gedetailleerde informatie over de onontdekte aard van bacteriële MV's en het ophelderen van moleculaire mechanismen die hun functies ondersteunen."